Resumo- Este artigo apresenta os resultados relativos ao es-tudo de aplicação de equipamentos para redução da corrente de curto circuito no sistema da ISA-Cteep.
Após uma análise bibliográfica, foram desenvolvidos modelos de vários dispositivos limitadores de curto para utilização com o programa de transitórios eletromagnéticos e também para re-gime permanente.
Foi feita uma avaliação da eficiência dos dispositivos para a redução da corrente de curto com base em simulações com o programa ATP levando em conta os efeitos na tensão de resta-belecimento.
Foi desenvolvido um aplicativo para avaliação da redução do curto utilizando o programa Anafas. Esse aplicativo permite a escolha dos tipos de dispositivos a serem instalados e faz um histórico comparando a evolução dos valores de curto para cada alternativa gerada pelo usuário.
O aplicativo apresenta também uma base de dados de mode-los de limitadores de curto para utilização no programa ATP.
Palavras-chave—Curto circuito, limitador de curto circuito, transitórios, regime permanente.
I. INTRODUÇÃO
O objetivo do projeto é desenvolver um sistema computa-cional em ambiente Windows e de utilização simples para a análise de alternativas de alocação de dispositivos limitado-res de curto-circuito (DLC) na rede da ISA-Cteep.
O sistema utiliza modelos de DLC´s desenvolvidos no de-correr do projeto após análise das novas tecnologias em es-tudo atualmente, baseadas em eletrônica de potência ou su-percondutividade a altas temperaturas.
Também é objetivo deste trabalho a análise comparativa entre os dispositivos limitadores de corrente sob o aspecto de sobretensões causadas pela interrupção e, a partir dai, a definição de critérios ou indicadores técnico-econômicos que suportem a decisão pela solução mais adequada a ser adotada em sistemas onde se faz necessária a limitação do nível de curto-circuito.
A determinação e simulação de curtos-circuitos em siste-mas de potência (inclusive junto a geradores), além da de-terminação da tensão de restabelecimento transitória em DLCs e disjuntores e da regulação em transformadores e reatores no sistema são tópicos de interesse para o
Este trabalho foi financiado pela Cteep – Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista.
L. C. Zanetta Jr trabalha no LSP-USP Laboratório de Sistemas de Po-tência da Escola Politécnica da USP (e-mail: lzanetta@pea.usp.br).
R.L.Santos trabalha na Cteep – Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista.
vimento do trabalho proposto.
O campo de aplicação compreende casos de alterações de configuração ou expansões da rede que acarretem no aumen-to do nível de curaumen-to-circuiaumen-to ou, ainda, quando tal faaumen-to se manifesta já na concepção de sistemas novos.
A metodologia utilizada foi inicialmente realizar um le-vantamento bibliográfico sobre dispositivos limitadores de curto em uso e em desenvolvimento, buscando possibilitar a implementação de modelos para regime permanente e transi-tório.
Em seguida foi feita a avaliação dos modelos e a imple-mentação do aplicativo para controle de aplicação de limita-dores com a versão livre Turbo Delphi da Borland.
II. MODELOS DE LIMITADORES DE CURTO
Os dispositivos com os modelos analisados foram os se-guintes, listados inicialmente os já conhecidos, com tecnolo-gia estabelecida e em uso e no final os dispositivos em de-senvolvimento e com pouca aplicação atualmente:
• Reator de barramento • Reator com núcleo de ar • Impedância de aterramento • Dispositivo pirotécnico • Reator de inserção rápida • Conexão back-to-back • HVDC Light
• Transformadores especiais (IPC)
• TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor • Limitadores supercondutores resistivos • Circuitos ressonantes
• SSFCL - Solid State Fault Current Limiter • Resistores poliméricos PTC
Alguns dos dispositivos normalmente são modelados de maneira extremamente detalhada, como por exemplo os que envolvem eletrônica de potência, como a conexão back-to-back, HVDC Light, TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor, UPFC – Unified Power Flow Controller e SSFCL - Solid State Fault Current Limiter.
Alguns modelos podem ser representados de forma menos detalhada, como o TCSC, outros como o SSFCL estão em fase de estudos. Neste trabalho não foram exploradas as re-presentações baseadas em conversores da eletrônica de po-tência.
Alguns modelos podem ser modelados de forma bastante simples, como os reatores, se não forem considerados deta-lhes como a saturação e a capacitância em alta frequência.
No caso dos dispositivos pirotécnicos o modelo depende
Aplicação de Dispositivos para Limitação de
Correntes de Curto-Circuito
basicamente do ensaio de fusão do elemento fusível, sendo utilizada uma curva de resistência em função da frequência, já que o modelamento físico do derretimento do mesmo é relativamente complexo, sendo mais confiável a utilização de resultados de ensaios.
Os modelos de supercondutores podem ser simplificados trabalhando-se com dois patamares de resistência, para os estados supercondutor e condutor, a partir da geometria do resistor e dos dados básicos do material supercondutor, co-mo corrente crítica e resistividade na condição normal de operação.
A. Reator com núcleo de ferro
Reatores com núcleo de ferro podem ser usados em série ou para seccionar barramentos e podem ser representados adequadamente em estudos de curto circuito com sua impe-dância, calculada normalmente a partir dos valores nominais de potência, tensão e fator de qualidade.
2 1 1 , r r r r r r r Z j X q Q X X q R V = + = =
Onde:
r Z é a impedância do reatorq é o fator de qualidade do reator e
r r
X R são a reatância e a resistência do reator
e
r r
Q V são a potência e tensão nominal do reator
B. Reator com núcleo de ar
O modelo básico do reator com núcleo de ar é o mesmo que o do reator com núcleo de ferro, excluindo-se a possibi-lidade de representação da saturação.
Podem ser representadas as capacitâncias para alta fre-quência de forma similar ao caso de transformadores.
Os valores das capacitâncias são da ordem de até centenas de pF.
O modelamento para regime permanente é o mesmo que o do reator com núcleo de ferro.
1 C C2 R R LR R C
Fig. 1 – Modelo completo do reator com núcleo de ar.
C. Impedância de aterramento do neutro
Nos casos de aterramento resistivo e indutivo o modelo é basicamente uma impedância, já no caso de aterramento com
transformador, utiliza-se o modelo de transformador mono-fásico do ATP, sem a representação da saturação.
Os valores dos parâmetros do transformador serão:
2 2 1 1 2 1 1 2 , , t p bp t s bs p t s bp bs t t t x Z j Z q x Z j Z q V x V q Z Z r S S = + = + = = = Onde: t
x
é a impedância do transformador em pu pZ é a parcela da impedância do transformador no
primá-rio (neutro)
p
Z é a parcela da impedância do transformador no
primá-rio (neutro)
q é o fator de qualidade do transformador
e
p s
V V são as tensões nominais do transformador
t
S
são a potência e tensão nominal do transformadorp
Z Zs
Fig. 2 – Modelo do transformador de aterramento.
O terminal secundário pode ser aterrado diretamente ou através de uma impedância.
Em regime permanente, como os programas trabalham in-ternamente em pu, o modelo é uma resistência em série com uma reatância (em pu) a ser incorporado no diagrama de sequência zero.
0t 0t 3 n
Z′ =Z + Z
Onde Zn é a impedância do transformador de aterramento mais a impedância no secundário, em valores pu ou em Ω refletido no primário.
D. Dispositivo Pirotécnico
O modelamento do dispositivo pirotécnico é baseado em ensaios de laboratório, em que para uma determinada cor-rente de curto, que é registrada de forma analógica ou digi-tal, também é registrada a forma de onda de tensão, permi-tindo o cálculo da resistência em função do tempo.
O tempo de disparo do explosivo para a inserção do fusí-vel é de cerca de 1 ms após a superação do limite de corren-te ajustado.
Dos ensaios verifica-se que o tempo de interrupção do fu-sível é de cerca de 8 ms, incluindo a interrupção do arco, que dura a maior parte desse tempo, pois o aquecimento até o ponto de fusão é de cerca de 1 ms para correntes próximas à nominal.
grande conforme indica a Fig.3 a seguir, que compara os dois ensaios citados anteriormente.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 re s is tê n c ia ( O h m ) tempo (ms) r1 r2
Fig. 3 – Comparação resistência x tempo para dois ensaios de dispositivo pirotécnico.
A implementação do modelo no ATP é feito com o uso da sub-rotina models, cujo funcionamento é descrito a seguir:
• verifica se a corrente passou do limite mínimo • se passou o limite, a partir desse instante, insere a
resistência conforme a curva do ensaio • após 10 ms a resistência assume um valor fixo. O tempo de atuação da carga explosiva pode ser alterado mas está padronizado em 1 ms.
Para estudos de regime esse limitador é um curto (by-pass) na condição pré-falta e um circuito aberto no pós-falta.
E. Reator de inserção rápida
O reator de inserção rápida é modelado usando-se um modelo de dispositivo pirotécnico em paralelo com um mo-delo de reator, com núcleo de ferro ou núcleo de ar, confor-me indicado na Fig. 4.
Fig. 4 – Inserção rápida de reator série com dispositivo pirotécnico.
As chaves estão indicadas mas não são necessárias no modelamento, sendo usadas na prática somente para manu-tenção ou recarga após atuação do dispositivo pirotécnico. Em relação ao regime permanente, o dispositivo sofre a tran-sição de um curto para um reator, antes e após a falta.
F. IPC Interphase Power Controller
Uma das configurações de IPC mais eficientes é o IPC 120, mostrado na Fig. 5, e dessa forma esse será o modelo adotado como base.
Fig. 5 - Diagrama trifásico do IPC 120.
O modelo do transformador basicamente é o mesmo que o dos equipamentos / limitadores anteriormente apresentados mas com uma diferença importante nas polaridades e nos pares de bobinas acoplados.
O transformador utilizado tem ligação estrela não aterrada - estrela não aterrada e defasagem de 180o.
Os pares de bobinas com a indicação de polaridade são:
Ap Np Ns As Bp Np Ns Bs Cp Np Ns Cs
Fig. 6 – Pares de bobinas do transformador do IPC 120.
No programa AtpDraw a representação é a seguinte:
Fig. 7 – Modelo do IPC no programa AtpDraw.
A análise do IPC permite que se considere o seguinte mo-delo simplificado de sequência positiva do IPC 120 para curto trifásico.
3 X 3 X IPC I
Figura 8 – Modelo de sequência positiva do IPC para curto trifásico.
No modelo, X é a reatância do capacitor do IPC, que deve ser igual à reatância do reator no caso de representação com transformador ideal.
Durante um curto trifásico em um dos lados do IPC, não há contribuição do outro lado para a corrente de curto trifá-sico e a corrente vinda do IPC tem o mesmo valor da corren-te imposta em regime, havendo inversão do sentido para curto no lado barra.
Para o caso de curto fase-terra no lado barra a corrente fluindo do lado linha para o lado barra seria a corrente im-posta na rede com inversão de polaridade e a corrente no lado linha seria a corrente imposta em regime com polarida-de invertida na fase com falta e reduzida polarida-de 1 / 2 nas fases sãs.
Dessa forma o modelamento necessitaria de fontes de cor-rente para o lado sem falta, mas como em estudos de curto não é usual o modelamento de equipamentos com fontes de corrente, propõe-se utilizar para a sequência zero o mesmo modelo de sequência positiva.
G. TCSC – Capacitor série controlado por tiristor
O controle atua sobre os tiristores em série com o reator, o que corresponde aproximadamente a variar o valor da rea-tância.
O pára-raios ZnO deve proteger o capacitor contra sobre-tensões excessivas que poderão ocorrer no caso de circula-ção de corrente de curto. Assim o ZnO deve ser selecionado para evitar a superação do nível de isolamento dos compo-nentes série, que é um valor bem menor que o nível de iso-lamento fase-terra dos componentes próximos da rede.
gap proteção ZnO proteção reator amortec. Fig. 9 – Diagrama do TCSC.
Nesse caso o TCSC será modelado conforme indicado na Fig. 10. gap proteção ZnO proteção reator amortec.
Fig. 10 – Modelo simplificado do TCSC.
No entanto o TCSC ainda não é utilizado comercialmente como um dispositivo controlador da corrente de curto circui-to.
Para regime permanente o conjunto capacitor/ reator /válvula será representado simplificadamente por um capaci-tor fixo.
H. Limitador supercondutor do tipo resistivo
A principal característica que define o momento de atua-ção do limitador supercondutor resistivo é a corrente crítica que o mesmo suporta, sendo a mesma obtida a partir da den-sidade de corrente crítica do supercondutor e da área de sua seção.
Quando essa corrente crítica é atingida, o supercondutor começa a perder sua característica supercondutora. Dessa forma sua resistência aumenta e consequentemente sua tem-peratura aumenta acima da temtem-peratura de supercondutivi-dade.
Como a resistência atinge um valor considerável, conse-quentemente há limitação da corrente de curto.
O estado supercondutor é restabelecido após a eliminação da falta quando o sistema criogênico retorna à temperatura normal de operação de 77 K.
Fig. 11 – Limitador de curto supercondutor de 11 kV (projeto piloto da Nexans)
O modelo do limitador super condutor resistivo imple-mentado com o uso da sub-rotina Models do ATP é uma resistência variável calculada a partir da tensão e corrente medida no supercondutor, o equacionamento é baseado em [34] e as constantes físicas em [21]:
no supercondutor.
Dado de saída: resistência do supercondutor
O supercondutor possui 3 regiões distintas quanto ao seu comportamento:
estado supercondutor: resistência baixíssima
transição: resistência crescente exponencialmente com a corrente
estado condutor: resistência alta com elevação linear com a temperatura
A seguir o equacionamento da resistência para cada regi-ão de operaçregi-ão, considerando a liga :
Estado supercondutor Para J<Jc77 0 77 sc c E J ρ = Onde: sc
ρ
é a resistividade na região supercondutora0
V 0,1
m
E = é o campo elétrico na fronteira entre o estado supercondutor para estado de transição
7 77 2 A 1, 5 10 m c
J = × é a corrente crítica para perda de su-percondutividade à temperatura do nitrôgenio líquido (77 K).
Para esses valores de E e 0
J
c77, tem-se:9 6, 667 10 m sc ρ = × − Ω Transição Para
J
≥
J
c77e
T
<
T
c95 K
cT
=
é a temperatura crítica de entrada na região condutoraO campo elétrico é exponencial com a densidade de cor-rente: 0 77 n c J E E J =
E é o campo elétrico sobre o supercondutor J é a densidade de corrente medida n é uma constante adimensional
A referência [21] indica o valor n = 4, ao invés de n =10 da referência [34].
O aquecimento é considerado rápido, não levando em conta a transferência de calor do supercondutor para o ni-trogênio líquido, sendo o acréscimo de temperatura dado por. 0 dT E J VI dt c c VI T T dt c = = = +
∫
T é a temperatura do supercondutor 0 77 KT = é a temperatura inicial do supercondutor, igual a do nitrogênio líquido 6 3 J 1, 5 10 Km
c= × é o calor específico volumétrico do su-percondutor
A resistividade é dada por:
t
E
J
ρ
=
Com E calculado a partir de (3.5). Estado condutor Para
T
≥
T
c c n T c T T ρ =ρ nρ
é a resistividade na região condutora a uma determinada temperatura6
7 10 m
c T
ρ = × Ω é a resistividade no início da região condu-tora, para a temperatura crítica de 95 K.
Para simulações em regime permanente, na condição pré falta utiliza-se a resistência do estado supercondutor e para o pós falta utiliza-se a resistência do estado condutor para a temperatura crítica (para resultados conservadores) ou um valor um pouco superior, já que o aquecimento após um período inicial será limitado pelo líquido refrigerante (N2).
I. Circuito ressonante paralelo
Uma forma de limitar a corrente de curto é com o uso de circuitos ressonantes.
Em regime a impedância equivalente é a do capacitor, pois o secundário pode ser considerado um circuito aberto. Durante a falta a impedância é o paralelo entre o capacitor e a impedância de curto do transformador, já que o secundário é praticamente curto-circuitado pelo ZnO
O modelo no programa ATP é apresentado na Fig. 12.
Fig. 12 – Modelo no ATP para o limitador com circuito ressonante parale-lo.
J. Circuito ressonante série
A seguir algumas possíveis configurações de limitadores ressonantes série:
Fig. 13 – Configurações de limitadores ressonantes série.
A Fig. 14 mostra uma rede simples com o modelo no pro-grama ATP para o limitador do tipo c).
Fig. 14 – Modelo do limitador ressonante série tipo b).
Em condição pré-falta, no regime permanente, a impedân-cia do limitador é a assoimpedân-ciação em série do capacitor com o reator, com sua reatância com núcleo de ferro no caso de reatores saturáveis.
No caso de curto a impedância, para cada um dos quatro tipos será:
a) e b) Impedância do reator
c) Paralelo da capacitância com a reatância de núcleo de ar (Xsat) em série com o reator
d) Soma da impedância do capacitor com a reatância de nú-cleo de ar (Xsat)
III. AVALIAÇÃO DA APLICAÇÃO DE DLC´S
Foram avaliados os efeitos na corrente de curto e na ten-são de restabelecimento de vários dispositivos limitadores de curto.
A. Rede elétrica e casos analisados
Os estudos foram feitas para uma rede elétrica com linhas de 230 kV e geração em 13,8 kV, indicada na Fig. 15.
2 0 k m 2 0 k m
Figura 15 – Rede elétrica para estudo dos dispositivos limitadores de curto.
Foi avaliada a influência do uso de um único limitador de curto em cada caso, instalado em um dos pontos indicados em vermelho A, B ou C que originalmente são disjuntores.
B. Rede com IPC 120
O Intherphase Power Controller foi alocado em série com a linha de 20 km entre as barras 2 e 3.
Fig. 16 – Local de instalação do IPC 120.
Supondo-se um caso com um IPC 120 com relação de transformação 1:1 e reatâncias
jX
1e
−
jX
1 para o reator e o capacitor, a corrente imposta em regime seria:1 1 1 1 1 1 1 3 90 C A C B A B A B C BC A V V V V V V I jX jX jX jX V V V V jX X X − − − − = + = + = − − − = ∠ ° = −
Onde V é a tensão de fase e a corrente está em fase com A
a tensão e I é a corrente na linha, indo da barra 3 para a A
barra 2.
Fig. 17 – Modelo do IPC 120.
de 1000 Ω, de forma que a corrente imposta na linha é de 231 A.
As correntes no reator e no capacitor ligados na fase A na saída do IPC (BAR_1) são as seguintes para a situação sem falta: (f ile C3F_B_BAR3_IPC120.pl4; x-v ar t) factors: offsets: 1 0 c:SECUNB-IPC__A 0.707 0 c:SECUNC-IPC__A 0.707 0 c:BAR_3A-B32_1A 0.707 0 0 10 20 30 40 [ms] 50 -250.0 -187.5 -125.0 -62.5 0.0 62.5 125.0 187.5 250.0 [A]
Fig. 18 – Correntes impostas na linha (Barra 3 – Barra 2) pelo IPC.
Observa-se que as correntes no indutor (vermelho) e no capacitor (verde) tem praticamente o mesmo módulo e for-mam um ângulo de cerca de 30 graus em relação à corrente imposta na linha (azul).
Além destes estudos digitais, foi feita uma montagem ex-perimental, em escala reduzida, de um IPC 120. Nesta mon-tagem foram observados diversos problemas de operação, como por exemplo a presença de não linearidades introdu-zindo impacto nos resultados. Maiores investigações neste sentido deverão ser efetuadas com este equipamento, sendo objeto de publicações futuras
C. Rede com limitadores ressonantes série
Esses limitadores foram aplicados de forma a seccionar a barra 3 em 2 seções substituindo o disjuntor.
Fig. 19 – Alocação do limitador ressonante série.
Foram consideradas as seguintes opções para os circuitos
ressonantes série:
gap by-pass amortec.
a)
ZnO by-pass
b) Fig. 20 – Limitadores ressonantes avaliados.
O reator adotado é de 26,5 mH ou 10,0 Ω com fator de qualidade 50 ou seja resistência de 0,2 Ω. O valor da capaci-tância deve ser corresponde a uma reacapaci-tância de 10 Ω, ou seja 265 µF.
D. Circuito ressonante série do tipo a)
O gap foi ajustado para disparar com 70 kVp, o circuito de amortecimento adotado foi similar ao utilizado em capa-citores série, ou seja, 2 Ω com X/R = 50.
Comparando-se a corrente de curto trifásico sem e com o circuito ressonante série do tipo a) tem-se:
C3F_B_BAR3.pl4: c:BAR_3A-FALTAA c:BAR_3B-FALTAB c:BAR_3C-FALTAC
C3F_B_BAR3_RESS_SERIE1.pl4: c:BAR_3A-FALTAA c:BAR_3B-FALTAB c:BAR_3C-FALTAC
0 10 20 30 40 [ms] 50 -90 -56 -22 12 46 80 [kA]
Fig. 21 – Comparação da corrente de curto trifásico na barra 3 – rede sem limitador e com circuitos ressonantes série do tipo a).
A redução da corrente de falta foi de 19,5%.
E. Rede com dispositivo pirotécnico
Fig. 22 – Alocação do dispositivo pirotécnico.
de 11 kAp e o ponto de alocação está indicado a seguir (mesmo dos outros limitadores).
(f ile C3F_G_GER1_PIROT.pl4; x-v ar t) m:RLCC_A m:RLCC_B m:RLCC_C
5 9 13 17 21 [ms] 25 0 20 40 60 80 100
Fig. 23 – Curva resistência tempo do fusível do dispositivo pirotécnico.
(f ile C3F_G_GER1_PIROT.pl4; x-v ar t) c:PIROTA-BARG2A c:PIROTB-BARG2B c:PIROTC-BARG2C
5 9 13 17 21 [ms] 25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 [kA]
Fig. 24 – Corrente no dispositivo pirotécnico.
Pode-se notar os pontos de descontinuidade nas correntes que são os pontos de entrada da curva resistência x tempo.
Comparando-se a corrente de curto trifásico sem e com o dispositivo pirotécnico tem-se:
C3F_G_GER1.pl4: c:BARG1A-DUM001 c:BARG1B-DUM002 c:BARG1C-DUM003
C3F_G_GER1_PIROT.pl4: c:BARG1A-DUM001 c:BARG1B-DUM002 c:BARG1C-DUM003
0 10 20 30 40 [ms] 50 -250.0 -187.5 -125.0 -62.5 0.0 62.5 125.0 187.5 250.0 [kA]
Fig. 25 – Comparação da corrente de curto trifásico na barra do gerador G1 – rede sem limitador e com dispositivo pirotécnico.
A redução da corrente de falta foi de 63,6%. Os resultados para curto fase-terra são os seguintes:
CFT_G_GER1.pl4: c:BARG1A-DUM001 CFT_G_GER1_PIROT.pl4: c:BARG1A-DUM001 0 10 20 30 40 [ms] 50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 [kA]
Fig. 26 – Comparação da corrente de curto fase-terra na barra do gerador G1 – rede sem limitador e com dispositivo pirotécnico.
Nesse caso verifica-se que a redução de falta corrente de falta fase-terra é menor (24,3%) pois essa corrente é bastante inferior à de falta trifásica e o ajuste do dispositivo pirotéc-nico é de 11 kAp, demorando mais para atuar.
F. Rede com limitador supercondutor resistivo
A simulação do limitador supercondutor resistivo apresen-ta como principal consapresen-tante a ser ajusapresen-tada, o expoente n da função exponencial da região de transição entre os estados supercondutor e condutor, de forma que não haja grande descontinuidade na resistividade. 0 77 n c J E E J =
Nesse caso foi utilizado o valor n = 4.
Comparando-se a corrente de curto trifásico sem e com o limitador supercondutor resistivo tem-se:
C3F_G_GER1.pl4: c:BARG1A-DUM001 c:BARG1B-DUM002 c:BARG1C-DUM003
C3F_G_GER1_SUPERCOND.pl4: c:BARG1A-DUM001 c:BARG1B-DUM002 c:BARG1C-DUM003
0 10 20 30 40 [ms] 50 -250.0 -187.5 -125.0 -62.5 0.0 62.5 125.0 187.5 250.0 [kA]
Fig. 27 – Comparação da corrente de curto trifásico na barra do gerador G1 – rede sem limitador e com limitador supercondutor resistivo.
(f ile C3F_G_GER1_SUPERCOND.pl4; x-v ar t) m:T_A m:T_B m:T_C
0 10 20 30 40 [ms] 50 0 220 440 660 880 1100
Verifica-se que nesse caso a elevação de temperatura foi grande devendo ser avaliada alguma medida como alteração da geometria do supercondutor para diminuir o aquecimento.
(f ile C3F_G_GER1_SUPERCOND.pl4; x-v ar t) m:R_A m:R_B m:R_C
0 10 20 30 40 [ms] 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Fig. 29 –Resistência do limitador supercondutor.
A redução da corrente de falta foi de 65,1%.
Verifica-se que o ponto de descontinuidade nas correntes é bastante próximo ao dos casos com dispositivo pirotécni-co.
Os resultados para curto fase-terra são os seguintes:
CFT_G_GER1.pl4: c:BARG1A-DUM001 CFT_G_GER1_SUPERCOND.pl4: c:BARG1A-DUM001 0 10 20 30 40 [ms] 50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 [kA]
Fig. 30 – Comparação da corrente de curto fase-terra na barra do gerador G1 – rede sem limitador e com limitador supercondutor resistivo.
A redução na corrente de falta fase-terra foi de 29,9%.
G. Comentários
De forma a facilitar a comparação dos resultados obtidos, para a rede estudada, foi elaborada a tabela a seguir que mostra a redução da corrente de curto para cada alternativa.
Enquanto os gráficos anteriores apresentam o comporta-mento da corrente em regime transitório, nesta tabela são mostrados os resultados obtidos em regime permanente.
Os resultados mostram que o IPC foi o dispositivo que permitiu a maior redução na corrente de curto na barra 3 de 230 kV, se aproximando bastante da situação com seccio-namento de barramento. Os demais limitadores de alta ten-são (230 kV) tiveram desempenho similar.
Os circuitos ressonantes com uso de resistores ZnO apre-sentaram problemas de energia nos mesmos, mostrando difi-culdades na aplicação prática.
curto trifásico
curto fase terra
Tipo limitador barra curto redução redução IPC 120 B3 27,3% 29,9% IPC 240 B3 27,3% 29,9% ress. série a) B3 19,5% 13,5% ress. série b) B3 12,2% 4,5% ress. paral. B3 23,6% 32,6% reator ar B3 18,2% 13,1% G1 63,6% 59,6% secc. barra B3 33,4% 37,2% G1 65,2% 66,6% pirotécnico G1 65,1% 27,1% ins. reator / pirotécnico G1 63,6% 24,3% resist. aterr. G1 - 89,7% resist. supercond. G1 65,1% 29,9%
O limitador ressonante paralelo, apesar de reduzir satisfa-toriamente a corrente de curto, apresenta correntes elevadas nos elementos em paralelo.
Já para os casos de curto na barra do gerador 1 (13,8 kV), o desempenho dos diferentes tipos de limitadores foi muito próximo, dessa forma a escolha do limitador em casos reais devendo recair em critérios de custo.
IV. APLICATIVO PARA ANÁLISE DE LIMITADORES DE CURTO
O aplicativo foi desenvolvido para o ambiente Windows na linguagem Delphi, usando a versão livre Turbo Delphi, o programa faz a leitura dos dados de um arquivo do programa e apresenta uma interface para inserção de dispositivos limi-tadores de curto verificando a redução na corrente de curto por meio dos resultados calculados pelo Anafas.
O aplicativo tem os seguintes recursos básicos: • Leitura do arquivo de entrada do Anafas
• Inserção de elementos limitadores de curto no arquivo Anafas
• Execução do Anafas com o arquivo alterado
• Comparação dos resultados com e sem alterações (apli-cação de limitadores)
• Fornecimento de modelos de limitadores para o progra-ma ATP.
O aplicativo foi desenvolvido de forma a facilitar o con-trole dos dispositivos utilizados de forma simples e intuitiva e fornecendo o modelo de limitadores para utilização no programa ATP.
A. Tela inicial
Fig. 31 – Tela inicial do programa.
O programa faz a leitura do arquivo de Anafas e converte para tabelas de banco de dados.
Na tela inicial é possível fazer busca de barras e linhas u-sando os campos específicos de busca por nome, tipo de ligação, número e nome de barra, etc.
B. Tela de visualização de resultados
A segunda tela do programa é para visualização de resul-tados.
Nessa tela podem ser selecionadas as barras que se deseja ver os resultados de curto.
Fig. 32 Tela de comparação de resultados.
Para auxiliar a escolha das barras, pode ser feita a pesqui-sa por tensão, nome ou número.
C. Tela de inserção de limitadores de curto
Nessa tela são escolhidos os limitadores a serem inseridos na rede, sendo feita a escolha do tipo, do modo de instalação (em série ou seccionando barra), os parâmetros do limitador e do local de instalação.
Na Fig. 33 a seguir é mostrado o caso de um reator com núcleo de ar a ser instalado na linha Salto-Bauru (no termi-nal Salto) com valor de 20 Ω, X/R=50 e Vnom=440 kV.
Nessa tela é mostrado o arquivo de alteração do caso base (.alt) sendo também atualizada a lista de limitadores inseridos.
A seguir um exemplo com inserção um reator na linha
Salto-Cabreuva em Cabreuva após a inserção de um reator na linha Salto-Bauru (no terminal Salto) com valor de 20 Ω, X/R=50 e Vnom=440 kV.
Fig. 33 – Tela de inserção de DLC´s (Salto-Bauru)
As alterações são acumulativas ou seja, o caso 2 consiste na instalação de 2 reatores com núcleo de ar cada um em 1 linha.
Para o caso de inserção de limitadores seccionando barras a tela é a seguinte, mostrando uma situação em que foi sele-cionada a barra S.Bárbara 440 colocando as linhas S.Bárbara-Araraquara e S.Bárbara Sumaré na barra nova correspondente ao DLC escolhido.
Fig. 34 – Definição do seccionamento de barra para instalação de DLC.
Verifica-se que nas telas do programa sempre existe a op-ção de busca por nome, número, tensão, etc.
D. Tela de modelos para simulação no ATP
Nessa tela são fornecidos os modelos de limitadores a se-rem usados no programa ATP.
O usuário escolhe o tipo de limitador, o nome das barras entre as quais ele será instalado e os parâmetros.
Na Fig. 35 um caso de circuito ressonante série com dis-paro via gap.
Fig. 35 – Modelo ATP circuito ressonante série com disparo via gap.
O modelo apresentado pode ser selecionado e copiado pa-ra inserção em arquivo de entpa-rada do ATP no modo texto.
V. CONCLUSÕES
Nesse projeto foram desenvolvidos modelos de dispositi-vos limitadores de curto para aplicação no programa de tran-sitórios eletromagnéticos e também para aplicação no pro-grama de cálculo de curto em regime permanente.
Com os modelos de limitadores de curto, o efeito destes dispositivos podem ser avaliados em transitórios, utilizando o programa ATP.
O aplicativo para avaliação dos DLC´s em regime perma-nente facilita a tarefa de avaliação dos pontos de instalação de limitadores utilizando o programa Anafas, através da lei-tura, alteração e execução de casos de curto.
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